Безплатна енергия срещу стандартна безплатна енергия
Какво е Свободна енергия?
Количеството работа, която може да изпълни термодинамичната система, е известно като свободна енергия. Свободната енергия може да се опише с помощта на два термина, безплатна енергия на Хелмхолц и безплатна енергия на Гибс. В химията, когато използваме думата „свободна енергия“, което означава свободна енергия на Гибс. Във физиката свободната енергия се отнася до свободната енергия на Хелмхолц. И двата термина са описани по-долу.
Вторият закон на термодинамиката е свързан с ентропията и той казва: „ентропията на Вселената се увеличава в спонтанен процес“. Ентропията е свързана с количеството генерирана топлина; това е степента, до която енергията е била разградена. Но всъщност количеството допълнително разстройство, причинено от дадено количество топлина q, зависи от температурата. Ако вече е много горещо, малко допълнителна топлина не създава много повече разстройства, но ако температурата е много ниска, същото количество топлина ще доведе до драстично нарастване на разстройството. Следователно е по-подходящо да се пише,
ds = dq / T
За да анализираме посоката на промяната, трябва да помислим за промени както в системата, така и в околната среда. Следващото неравенство на Клавзий показва какво се случва, когато топлинната енергия се прехвърля между системата и околната среда. (Помислете, че системата е в топлинно равновесие с околната среда при температура Т)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Ако отоплението се извършва с постоянен обем, можем да напишем горното уравнение (1), както следва. Това уравнение изразява критерия за протичане на спонтанна реакция само по отношение на държавните функции.
dS - dU / T ≥0
Уравнението може да бъде пренаредено, за да се получи следното уравнение.
TdS ≥dU (уравнение 2) и следователно може да се запише като
dU - TdS ≤0
Горният израз може да бъде опростен чрез използването на термина енергия на Хелмхолц, A, който може да се определи като, A = U-TS
От горните уравнения можем да изведем критерий за спонтанна реакция като dA ≤0. Това гласи, че промяната в системата при постоянна температура и обем е спонтанна, ако dA ≤0. Така че промяната е спонтанна, когато съответства на намаляване на енергията на Хелмхолц. Следователно тези системи се движат по спонтанен път, за да дадат по-ниска стойност А.
Свободната енергия на Гибс е свързана с промените, които се случват при постоянно налягане. Когато топлинната енергия се предава при постоянно налягане, има само работа за разширяване; следователно модифицираме и записваме уравнението 2, както следва.
TdS ≥dH
Това уравнение може да бъде пренаредено, за да даде dH-TdS≤0. С термина Gibbs свободна енергия, G, това уравнение може да бъде записано като, G = H-TS
При постоянна температура и налягане химичните реакции протичат спонтанно в посока на намаляване на свободната енергия на Гибс. Следователно dG ≤0
Какво е стандартна безплатна енергия?
Стандартната безплатна енергия е свободната енергия, определена при стандартни условия. Стандартните условия са температура, 298 K; налягане, 1 атм или 101,3 kPa; и всички разтворени вещества при 1 М концентрация. Стандартната безплатна енергия се обозначава като Go.
Каква е разликата между безплатна енергия и стандартна безплатна енергия?
• В химията свободната енергия се нарича свободна енергия на Гибс. Това е свързано с промените, които се случват при постоянно налягане. Стандартната безплатна енергия е свободната енергия, определена при стандартни условия.
• Следователно, стандартната безплатна енергия се дава при температура 298K и налягане 1 атм, но стойността на свободната енергия може да се променя в зависимост от температурата и налягането.
